江旭昌

（天津市博納建材高科技研究所，天津 300400）

（接2018年第10期98頁）

4 幾個問題的分析及討論

通過以上的分析和舉例計算，為了使概念清晰，有幾個問題有必要進行討論。

4.1 推力的大與小

煤粉燃燒器的推力，不管用什么方法表達，只是具體數(shù)值不同，而其實質(zhì)是相同的。由（1）式可以看出，燃燒器形成良好火焰都是需要一定能量的，也就是說都需要一定的推力。而決定推力的大小只有兩個因素；一是所用的一次風量m1，二是一次風的噴出速度V1。如果一次風量一定，那么噴出速度V1越大，則推力就越大。相反，如果噴出速度V1確定，則一次風量越大，推力也隨之按比例增大。對于單風道煤粉燃燒器，即大家習稱的噴煤管，其一次風率一般約為30%～40%，一次風的噴出速度V1=50m/s～70m/s。如果用相對推力表示法計算，則其相對推力F0=（30～40）×（50～70）=1 500%·m/s～2 800%·m/s?？梢妴物L道煤粉燃燒器的最大相對推力比丹麥史密斯公司對Duoflex型四風道煤粉燃燒器所規(guī)定的最大相對推力F0=1 250%·m/s～1 850%·m/s還要大。顯然，不能說單風道煤粉燃燒器的性能比Duoflex型還好。從法國拉法基水泥公司對煤粉燃燒器單位熱量推力的要求看，只要＞8N.h/G Cal即可，參見表3。從巴西格瑞柯—茵菲爾技術裝備公司的FlexiflameTM型煤粉燃燒器也可看出，對單位熱量推力的要求，一般在7N·h/G Cal～9N·h/G Cal即可，最大也不能超過12N·h/G Cal，參見表2。這些都說明，燃燒器的推力不是越大越好，而是夠用就行。燃燒器推力的大小固然是決定其性能的一個不可忽視的指標，但不是唯一的。然而，推力不足的燃燒器，肯定是一個性能不好的燃燒器。推力過大的燃燒器，性能也不一定就好。因為燃燒器的性能不僅與其推力有關，而且與其結構的合理性也息息相關。如果結構不合理，即使推力很大，也是達不到預期效果的。對于水泥回轉窯來說，最最重要的就是要保證窯內(nèi)的溫度分布合理。欲達此目的，就必須有一個能夠形成良好火焰形狀并且調(diào)節(jié)方便靈活的煤粉燃燒器為保證。對燃燒器的推力不是越大越好，而是夠用即可。

表3 TJB-KP-10型四風道煤粉燃燒器各風道各項參數(shù)的計算表

有人為說明自己燃燒器性能好，都要說推力大，有人在談到低NOx燃燒器時也說需要大推力燃燒器。由上述可見，現(xiàn)在對燃燒器的推力概念還都是比較模糊的。實際上，燃燒器的推力在操作時都是隨時變化的，夠用就行，沒有必要過大。要使燃燒器推力過大，只有兩個途徑：一是增大一次風量m1，這不僅會使熱耗增高，而且對其他主要技術經(jīng)濟指標也要產(chǎn)生嚴重的不利影響，顯然這是一個不宜采用的途徑；二是提高一次風的噴出速度V1，這是另一個選擇?？墒钱攪姵鏊俣冗^高時，也產(chǎn)生一個負面問題，不僅燃燒器自身的阻力增大，浪費電能，而且使機件的磨損速率增高，噴燃管的壽命要縮短。從這一點考慮，燃燒器的推力也是不宜過大的，只要夠用就可以了。

4.2 羅茨風機升壓的正確選擇

法國拉法基水泥公司對燃燒器的供貨要求與眾不同，不管什么型式的煤粉燃燒器對一次風中的直流外風，都要求由一臺單獨的羅茨風機供風，升壓為70kPa。筆者認為；這是對羅茨鼓風機在輸送空氣時升壓作用認識模糊或者說理解不當而導致的結果。

4.2.1 羅茨風機的升壓與壓力的基本概念

現(xiàn)在有些人將羅茨風機樣本上或銘牌上給出的升壓值說成是空氣的壓力，表明對羅茨風機的升壓和壓力的基本概念不十分清楚，實際上二者是不同的。升壓是指羅茨風機從大氣中吸入的空氣經(jīng)過自身壓縮后而升高的壓強ΔP，而不是出口空氣真正具有的絕對壓強Pout，因為羅茨風機從進口吸入的空氣已有一定的壓強Pin。顯然，羅茨風機的升壓ΔP等于出口空氣的壓強Pout與進口空氣壓強Pin之差，即：

凡是羅茨風機樣本都給出一條說明，當羅茨風機輸送的介質(zhì)為空氣時，其風量系指在標準吸入狀態(tài)（進氣溫度20℃、壓力101.325kPa、相對濕度50%～60%）下的進口容積流量[11[。101.325kPa=1atm，是標準大氣壓，即進口空氣的壓強Pin不是工程大氣壓at，這是平原地區(qū)的情況。如果在高原地區(qū)，則羅茨風機進口的空氣壓力Pin就要＜101.325kPa。羅茨風機出口空氣的真實壓強Pout就可按下式計算：

由（10）式可知，升壓ΔP高表示羅茨風機出口空氣的壓強Pout高，但羅茨風機的升壓絕不等于壓力，這是需要注意的。在羅茨風機樣本上給出的都是升壓，即升壓的壓強ΔP，而不是羅茨風機出口空氣的絕對壓力Pout，詳見表4。如轉數(shù)為1 450r/min的L42WD型羅茨風機，在平原地區(qū)使用，當出口空氣的升壓達到ΔP=49kPa時，空氣的絕對壓力應為Pout=Pin+ΔP=101.325+49.0=150.325kPa=1.5atm（標準大氣壓）；而不是49kPa。由此可以看出，升壓是空氣的相對壓強，壓力表所指示的壓強都是相對壓強或者說是相對靜壓，而不是絕對壓強或者絕對靜壓。

4.2.2 羅茨風機升壓的正確確定

首先應該明確的是，空氣壓強的作用是克服系統(tǒng)阻力，易言之，系統(tǒng)阻力越大，就應選擇升壓越高的羅茨風機；其次應該清楚的是，升壓不是選多大，實際就能達到多大，升壓的大小主要是由系統(tǒng)阻力決定的。其三，更應該明白，在風量基本一定時，升壓選擇的越高則羅茨風機所配套的電動機功率就越大，參見表4。

現(xiàn)舉兩個極端例子來說明這個問題：一是將羅茨風機的出口堵死并安裝一塊壓力表，這就相當于出口系統(tǒng)的阻力無限大，隨著羅茨風機的轉動，表壓會逐漸升高，表明升壓也在逐漸升高。電動機的實際運行電流就會逐漸增大，直至超過額定電流。如果繼續(xù)運轉，電動機如果有保護就會跳閘，如果沒有保護就會發(fā)熱甚至燒毀；二是羅茨風機的出口不接任何設備和管路，即出口敞開，表壓會基本為零，而且永遠也不會升高。電動機的實際運行電流也不會增大。這就充分證明，羅茨風機輸送空氣的升壓是由出口系統(tǒng)阻力所決定的。

筆者考察了130多個廠為三風道和四風道煤粉燃燒器配風的羅茨風機，選型基本上都不合理。不但風量基本上都過大，而且許多升壓選擇也過高。尤其是煤風的羅茨風機更為突出，大部分電動機的實際運行電流還不到額定電流的一半，造成大馬拉小車，浪費了大量電能的后果。對于煤風羅茨風機的系統(tǒng)，一般都由計量設備、管路和燃燒器組成。這些設備都有阻力，將這些阻力相加就是系統(tǒng)阻力。按理這是應該計算的，但由于計算復雜，又需要時間，因此好多設計者都不計算，而是憑自己的認識來確定。并且認為越大越可靠，出自這種想法有的將升壓選為68.6kPa、78.4kPa，個別有選為88.2kPa的。實際上，如果煤磨在窯頭，管路又合理，煤風羅茨風機的升壓選為49.0kPa就足夠。煤磨在窯尾，因為管路較長，阻力增大，選為58.8kPa也富富有余。由表4可以看出，對于轉數(shù)1 450r/min的L42 WD型同一臺羅茨風機，因為轉數(shù)相同，所以風量也基本相同。實際風量或說實際流量所以隨著升壓的增高而稍有降低，是因為羅茨風機的內(nèi)外泄漏流量與轉數(shù)無關而隨壓力的升高而增大的緣故。但是，由于升壓不同，電動機的功率也就明顯增大。當升壓選為49kPa時，電動機功率為22kW。當升壓選高為78.4kPa時，電動機功率就需增大到37kW。對凈風羅茨風機，一般都安裝在燃燒器附近，沒有過長的管路，也沒有計量設備，但有調(diào)節(jié)風量的閥門，會產(chǎn)生一定的阻力。另外，在燃燒器中的噴出速度較高，還有螺旋體產(chǎn)生旋流也使阻力增大。即使如此，系統(tǒng)的總阻力也不會大于煤風羅茨風機的升壓，升壓一般選為29.4kPa或者34.3kPa就足夠了，燃燒器自身阻力大的選后者。煤風和凈風羅茨風機的升壓，不論對于1 200t/d、2 500t/d、5 000t/d甚至12 000t/d熟料的水泥生產(chǎn)線按上述數(shù)據(jù)來選擇升壓都是夠用的，沒有必要選擇過大[12]。

表4 L系列羅茨鼓風機性能表

由上述分析可見，法國拉法基水泥公司不管選用什么樣的燃燒器，一律要求直流外風必須采用一臺升壓為70kPa的單獨羅茨風機供風是完全沒有必要的，這已被實踐所證明。北京三力水泥有限公司有一條φ3.6m×70m的余熱發(fā)電窯，原用某家的三風道煤粉燃燒器，采用三臺羅茨風機供風，效果很不好。于是決定改用TJB-KP-6型高效低NOx四風道煤粉燃燒器的噴燃管，同時去掉了一臺37kW的羅茨風機，由三臺羅茨風機改為兩臺供風，效果卻相當明顯，詳見表5和表6。由表6可以看出，改后的煤風羅茨風機風量仍偏大50%，凈風羅茨風機的風量合適，但升壓過高，電動機功率過大。兩臺羅茨風機如果按改后要求選購，按裝機容量計算，每年將節(jié)電299 592kWh/a。當電價按0.5元/kWh計，則每年將節(jié)省電費約15萬元，重新購買兩臺羅茨風機也富富有余。但該公司考慮重購風機需要另外花錢，所以決定都利用原有。即使在這種情況下，仍然取得了相當可觀的效果，詳見表7。另一個實例是四川宜賓瑞興實業(yè)有限公司設計能力5 000t/d熟料φ4.8m×74m NSP窯水泥生產(chǎn)線，原使用成都天宇飛翔科技有限公司的TF型四通道煤粉燃燒器，為其配風采用三臺羅茨風機供風，詳見表8。由此可以看出，不僅風量選擇過大，而且升壓選擇也過高，造成羅茨風機所配電動機的功率過大，都是大馬拉小車，浪費大量電能。

表5 三臺羅茨風機及所配電動機的主要性能參數(shù)

由煤風羅茨風機的實際運行電流I＝120A僅為額定電流IH＝247A的48.6%、凈風的外風羅茨風機的實際運行電流I＝190A僅為額定電流IH＝347A的54.8%就完全可以證明。兩臺羅茨風機的風量沒有必要這樣大，兩個系統(tǒng)也根本沒有58.8kPa和68.6kPa如此之大的阻力。如果窯頭改用TJB-KP-14型高效低NOx四風道煤粉燃燒器，采用兩臺恰當?shù)牧_茨風機供風，每年起碼可以節(jié)?。?32+185+110-90-132）×24×365×0.9=1 616 220kWh/a的電能。當電價為0.7元/kWh時，則每年企業(yè)將節(jié)省113.14萬元的電費。幸虧這三臺羅茨風機都安裝了變頻調(diào)速器，否則企業(yè)僅此一項每年就要損失110多萬元。另外需要說明，煤風羅茨風機一般是沒有必要加裝變頻器的，因為受管路限制。羅茨風機是容積式風機，其風量與轉數(shù)基本成正比。轉數(shù)降低就意味著風量降低，當輸送管路確定之后，風量降低就使輸送速度降低，風速過低，煤粉就會在管路中沉積。所以，只要在設計時將煤風羅茨風機參數(shù)選擇合理，輸送管路直徑與其相匹配、工況風速在24m/s～25m/s的情況下，就不要增設變頻器。這無以辯駁地說明；第一，沒有特殊情況，沒有必要采用三臺羅茨風機供風；第二，外風也沒有必要選擇70kPa的升壓。拉法基水泥公司產(chǎn)生這種認識或結論是由當年北京興發(fā)水泥有限公司開始的，在一條φ3m×48m NSP窯上，由分割式三風道燃燒器改為外風由8個小圓孔的三風道燃燒器。小圓孔的直徑很小，也就是說阻力很大，于是改用一臺70kPa壓力的羅茨風機單獨供風，實質(zhì)是加大外風的噴出速度。

5 結 論

綜上所述，可以得出以下幾個結論：

（1）推力與動量、沖量或沖力的概念不同。

（2）推力的作用是使煤粉燃燒器能夠形成煅燒物料所需要良好火焰形狀的一種推動力，不是越大越好，而是夠用就行。

表6 原用風機與應選用羅茨風機性能的比較

表7 改用TJB-KP-6型四風道煤粉燃燒器前后各項指標

表8 宜賓瑞興5000t/d線采用兩種燃燒器的配風比較

（3）一次風量對于燒固體燃料的燃燒器應包括輸送風，一次風量不宜過大，過大有百害而無一利，不僅影響系統(tǒng)潛能的正常發(fā)揮，而且會增大NOx的排放，對節(jié)能減排非常不利。

（4）羅茨風機的升壓是克服系統(tǒng)阻力的，不宜選擇過高，過高導致電動機功率增大，浪費電能。對于任何規(guī)模的生產(chǎn)線當煤磨在窯頭又管徑選用合理時，煤風羅茨風機的升壓選為49kPa足夠，當煤磨在窯尾時，因增加了管路阻力，所以煤風羅茨風機的升壓選為58.8kPa足夠。凈風羅茨風機均應設計在燃燒器附近，系統(tǒng)沒有計量設備和管路的阻力，但受燃燒器阻力大小的影響，升壓一般選為29.4kPa～34.3kPa足夠。

（5）為燃燒器配風羅茨風機臺數(shù)的確定，沒有特殊情況不宜選用三臺。四川宜賓瑞興實業(yè)有限公司5 000t/d熟料水泥生產(chǎn)線，原使用四川天宇飛翔科技有限公司的TF型燃燒器采用三臺羅茨風機供風，參見表8。由此可以看出，不僅風量大，而且升壓選擇過高，不僅增大了基建投資，而且系統(tǒng)主要技術經(jīng)濟指標受到很大影響，熟料產(chǎn)量僅達到5 250t/d。

（續(xù) 完）